JP2007100558A - Wind power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自然エネルギーを利用した風力発電装置において、風車の起動を従来よりも低い風速で開始させる起動補助装置に関するものである。 The present invention relates to a start assist device for starting a windmill at a wind speed lower than that of a conventional wind turbine generator using natural energy.
従来、この種の風車の起動を従来よりも低い風速で開始させる起動補助装置に関するものは、発電機とは別に起動補助用の電動機を風車の回転軸に連結させた構成のものがよく知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as for an auxiliary starting device for starting this type of windmill at a lower wind speed than the conventional one, a configuration in which an electric motor for starting auxiliary is connected to the rotating shaft of the windmill separately from the generator is well known. (For example, refer to Patent Document 1).
また、自然風を捉えて風力発電装置の風車よりも低風速で大きな起動トルクを発生する起動用風車を風車の回転軸に併設させたものがよく利用されていた(例えば、特許文献2参照)。
このような従来の風力発電装置では、起動補助用の電動機を風車の回転軸に連結することによって、起動補助用の電動機の回転トルクや静止トルクが風車の回転軸が回転しているときに影響を及ぼすため、風車が自然風を捉えて自立して回転しているときに電動機の回転トルクや静止トルクが風車の正回転方向に対して負荷となって作用することから発電効率が低下する。さらに高風速時における高回転状態では、風車の回転軸の回転トルクが伝達され、電動機も高回転で回転し、その結果として電動機から発生する逆起電力が高電圧となるため、電動機の電源回路に逆流防止の保護装置が必要になるという課題がある。 In such a conventional wind turbine generator, by connecting the motor for starting assistance to the rotating shaft of the windmill, the rotational torque or stationary torque of the motor for starting assistance affects when the rotating shaft of the windmill rotates. Therefore, when the wind turbine captures the natural wind and rotates independently, the rotational torque and static torque of the electric motor act as a load in the positive rotation direction of the wind turbine, thus reducing the power generation efficiency. Furthermore, in a high rotation state at a high wind speed, the rotational torque of the rotating shaft of the windmill is transmitted, the motor also rotates at a high rotation, and as a result, the back electromotive force generated from the motor becomes a high voltage. However, there is a problem that a protection device for preventing backflow is required.
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、風力発電装置の発電効率を低下させず、風車の起動を従来よりも低い風速で開始させる起動補助装置を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to solve such a conventional problem, and to provide a start assist device that starts a windmill at a lower wind speed than the conventional one without reducing the power generation efficiency of the wind power generator. Yes.
また、起動用風車を風車の回転軸に併設させた構成では、風車が起動可能な風速は起動風車が自然風を捉えて発生する起動トルクと、風車の軸受支持構成や発電機の出力などによって決まる風車が起動するために必要なトルクとの関係に依存しており、風車が起動するために必要なトルクが大きい場合や、非常に低い風速で風車を起動させたい場合など、起動用風車が発生する起動トルクを大きくするためには、起動用風車の寸法を大きくする必要がある。その結果として起動用風車の寸法が風車と比較して相対的に大きくなり、風車が自然風を捉えて回転しているときに起動用風車の質量や回転によって発生する抗力などが風車の回転軸に負荷トルクとして作用するため、発電効率が低下するという課題がある。 In addition, in the configuration in which the wind turbine for start-up is provided side by side with the rotating shaft of the wind turbine, the wind speed at which the wind turbine can start depends on the start torque generated by the natural wind and the wind turbine bearing support structure and generator output, etc. It depends on the relationship with the torque required for starting the wind turbine to be determined.If the torque required for starting the wind turbine is large or if you want to start the wind turbine at a very low wind speed, In order to increase the generated starting torque, it is necessary to increase the size of the starting wind turbine. As a result, the size of the starter wind turbine is relatively larger than that of the wind turbine, and the wind turbine's rotation axis is affected by the mass of the starter wind turbine and the drag generated by the rotation when the wind turbine is rotating while capturing natural wind. Therefore, there is a problem that the power generation efficiency is lowered.
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、起動用風車の寸法を大きくすることなく、このような従来の課題を解決するものであり、風力風車の起動を従来よりも低い風速で開始させる起動補助装置を提供することを目的としている。 The present invention solves such a conventional problem, and solves such a conventional problem without increasing the size of the wind turbine for activation. The activation of the wind turbine is lower than the conventional one. It aims at providing the starting auxiliary device started with a wind speed.
請求項1に記載の本発明の風力発電装置は、上記目的を達成するために、自然風を捉えて回転する風車と、その回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、発電された電気エネルギーを蓄える蓄電池を備えた風力発電装置において、風車の正回転方向に対して負荷として作用するトルクを伝達しない起動補助装置を取り付けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a wind turbine generator according to
この手段により、起動補助装置は風車の正回転方向に負荷として作用するトルクを伝達しないで、風車の起動補助を行なうことができ、風力発電装置の発電効率は低下しない。 By this means, the start assist device can assist the start of the windmill without transmitting torque acting as a load in the forward rotation direction of the windmill, and the power generation efficiency of the wind turbine generator does not decrease.
請求項2に記載の本発明の風力発電装置は、請求項1の風力発電装置において、上記目的を達成するために、前記起動補助装置として、前記風車の回転軸と同軸に併設した起動用風車と、前記起動用風車に風を当てるため電動ファンの構成としたことを特徴とする。 A wind turbine generator according to a second aspect of the present invention is the wind turbine generator according to the first aspect of the present invention, wherein the wind turbine for start-up is provided as a start-up auxiliary device coaxially with the rotating shaft of the wind turbine as the start-up auxiliary device. And it is set as the structure of the electric fan in order to apply a wind to the said windmill for starting.
この手段により、起動補助のため、電動ファンを始動した状態では、起動用風車が風を受け、風車の回転軸が正回転する方向に回転トルクを受け、風車が回転する。しかしながら、電動ファンと起動用風車は機械的に連結されていないため、電動ファンの始動、停止状態に関わらず、風車の正回転方向に負荷として作用するトルクは伝達されないため、風力発電装置の発電効率は低下しない。 Due to this means, in order to assist the start-up, when the electric fan is started, the start-up windmill receives wind, receives the rotational torque in the direction in which the rotating shaft of the windmill rotates normally, and the windmill rotates. However, since the electric fan and the starting windmill are not mechanically connected, the torque acting as a load in the forward rotation direction of the windmill is not transmitted regardless of whether the electric fan is started or stopped. Efficiency does not decrease.
請求項3に記載の本発明の風力発電装置は、請求項2の風力発電装置において、上記目的を達成するために、前記起動用風車の外周側から風の方向を前記起動用風車のブレード受風面中心軸と一致するように前記電動ファンを配置したことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a wind turbine generator according to the second aspect of the present invention, in order to achieve the above object, the direction of the wind from the outer peripheral side of the starter windmill is determined by the blade receiver of the starter windmill. The electric fan is arranged so as to coincide with the wind surface central axis.
この手段により、電動ファンから出る風を起動用風車に効率よく当てることができるため、起動用風車の寸法を小型化し、電動ファンを動作させる電力を少なくすることができる。 By this means, the wind from the electric fan can be efficiently applied to the starter windmill, so the size of the starter windmill can be reduced and the electric power for operating the electric fan can be reduced.
請求項4に記載の本発明の風力発電装置は、請求項2の風力発電装置において、上記目的を達成するために、前記起動用風車として遠心羽根車を用いて、前記起動用風車の吸込側から風の方向を前記起動用風車の前記回転軸と一致するように前記電動ファンを配置したことを特徴とする。 A wind turbine generator according to a fourth aspect of the present invention is the wind turbine generator according to the second aspect, wherein a centrifugal impeller is used as the starter windmill to achieve the above object, and the starter windmill suction side is provided. The electric fan is arranged so that the direction of the wind is aligned with the rotation axis of the starter windmill.
この手段により、電動ファンから出る風が起動用風車の遠心羽根車に配置されたすべてのブレードに均一かつ効率よく当てることができるため、風を受けて発生する起動用風車の回転トルクを増加できる。そのことから起動用風車の寸法を小型化すること、および電動ファンを動作させる電力を少なくすることができる。 By this means, the wind from the electric fan can be uniformly and efficiently applied to all the blades arranged in the centrifugal impeller of the starter windmill, so that the rotational torque of the starter windmill generated by receiving the wind can be increased. . Therefore, it is possible to reduce the size of the startup windmill and reduce the electric power for operating the electric fan.
請求項5に記載の本発明の風力発電装置は、請求項2〜4の風力発電装置において、上記目的を達成するために、前記電動ファンを、渦巻きケーシングを有する構成の遠心ファンとしたことを特徴とする。
The wind turbine generator according to
この手段により、起動用風車に風を当てるという電動ファンにとって静圧の高い領域の用途に応じた仕様とできるため、電動ファンを小型化でき、また動作させる電力を少なくすることができる。 By this means, the specification can be made in accordance with the application in the region where the static pressure is high for the electric fan in which the wind is applied to the starter windmill, so that the electric fan can be downsized and the electric power to be operated can be reduced.
請求項6に記載の本発明の風力発電装置は、請求項1の風力発電装置において、上記目的を達成するために、前記起動補助装置として、前記風車の前記回転軸と同軸に併設した従動ローラーと、起動用電動機に駆動カムローラーを取り付けた構成としたことを特徴とする請求項1の風力発電装置。
The wind power generator according to
この手段により、駆動カムローラーと従動ローラーは摩擦接触で連結されているが、カム形状を有しているため、駆動カムローラーの1回転のある位相の区間では連結されない状態が存在することになる。起動補助のために駆動カムローラーを回転させると、摩擦接触している状態では回転トルクが従動ローラーを介して風車の回転軸に伝達され風車が起動される。その後、風速が高まり風車が自立して回転する状態になったとき、起動用電動機を停止すると、起動補助時とは反対に風車の回転軸の回転トルクを受けて駆動カムローラーが一時的に従動側となって回転する。しかしながら、カム形状によって連結されない区間となると風車の回転軸は風によって回転を継続するが、駆動カムローラーには回転トルクが伝達されないため、連結していない状態のまま停止する。その結果、起動用電動機と風車の回転軸は機械的に連結されていない状態となり、風車の正回転方向に負荷として作用するトルクは伝達されないため、風力発電装置の発電効率は低下しない。 By this means, the driving cam roller and the driven roller are connected by frictional contact, but since they have a cam shape, there is a state where the driving cam roller is not connected in a phase section with one rotation of the driving cam roller. . When the drive cam roller is rotated to assist the start-up, the rotational torque is transmitted to the rotating shaft of the windmill via the driven roller in the frictional contact state, and the windmill is started. After that, when the wind speed increases and the wind turbine rotates independently, when the starter motor is stopped, the drive cam roller is temporarily driven by receiving the rotational torque of the windmill's rotating shaft, contrary to the start assist. Rotate to the side. However, when the section is not connected due to the cam shape, the rotating shaft of the windmill continues to rotate due to the wind. However, the rotational torque is not transmitted to the drive cam roller, so that the wind turbine stops without being connected. As a result, the starter motor and the rotating shaft of the windmill are not mechanically connected, and torque acting as a load in the forward rotation direction of the windmill is not transmitted, so the power generation efficiency of the wind turbine generator does not decrease.
請求項7に記載の本発明の風力発電装置は、請求項1の風力発電装置において、上記目的を達成するために、前記起動補助装置として、前記風車の前記回転軸と同軸に併設した前記従動ローラーと、前記起動用電動機にワンウェイクラッチを介して駆動ローラーを取り付けた構成としたことを特徴とする。
The wind power generator of the present invention according to
この手段により、駆動ローラーと従動ローラーは常時摩擦接触で連結されているが、ワンウェイクラッチを介しており、駆動ローラーが従動ローラーを駆動する方向にだけ駆動力を伝達し、逆方向には空転する機構を持っている。起動補助のために駆動カムローラーを回転させると、回転トルクが従動ローラーを介して風車の回転軸に伝達され風車が起動される。その後、風速が高まり風車が自立して回転する状態になったとき、起動補助電動機を停止すると、駆動ローラーは従動ローラーによって回転を継続するが、ワンウェイクラッチの機構の働きによって起動用電動機は停止したままとなる。その結果、起動用電動機と風車の回転軸は機械的に連結されていないことになり、風車の正回転方向に負荷として作用するトルクは伝達されないため、風力発電装置の発電効率は低下しない。 By this means, the driving roller and the driven roller are always connected by frictional contact, but via a one-way clutch, the driving roller transmits driving force only in the direction of driving the driven roller, and idles in the reverse direction. I have a mechanism. When the drive cam roller is rotated to assist the activation, the rotational torque is transmitted to the rotating shaft of the windmill via the driven roller, and the windmill is activated. After that, when the wind speed increased and the wind turbine started to rotate independently, when the start-up auxiliary motor was stopped, the drive roller continued to rotate by the driven roller, but the start-up motor stopped by the function of the one-way clutch mechanism Will remain. As a result, the starter motor and the rotating shaft of the windmill are not mechanically connected, and torque acting as a load in the forward rotation direction of the windmill is not transmitted, so the power generation efficiency of the wind turbine generator does not decrease.
請求項8に記載の本発明の風力発電装置は、請求項2〜7の風力発電装置において、上記目的を達成するために、前記起動補助装置の始動・停止を、自然風の風速を検知して制御する検出装置を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the wind power generator according to the present invention described in
この手段により、風車が自立して起動できない領域の低風速の範囲で設定した風速で起動補助装置を始動させ、自然風の風速が大きくなり、風車が自立して回転できる領域では起動補助装置を停止させることができるため、起動補助装置を動作させる電力量を少なくすることができる。 By this means, the start assist device is started at the wind speed set in the range of the low wind speed in the region where the wind turbine cannot start independently, and the start assist device is activated in the region where the wind speed of the natural wind increases and the wind turbine can rotate independently. Since it can be stopped, it is possible to reduce the amount of power for operating the activation assist device.
請求項9に記載の本発明の風力発電装置は、請求項8の風力発電装置において、上記目的を達成するために、前記起動補助装置を動作させる電源として、前記蓄電池を用いたことを特徴とする。
The wind power generator of the present invention according to
この手段により、風車を起動させるための電力を外部に頼ることなく、風力発電装置で発電した自然エネルギーでまかなうことができる。 By this means, it is possible to cover the natural energy generated by the wind power generator without relying on the outside for the electric power for starting the windmill.
請求項10に記載の本発明の風力発電装置は、請求項9の風力発電装置において、上記目的を達成するために、自然の日射を捉えて発電する太陽電池を備え、前記太陽電池が発電した電気エネルギーを前記蓄電池に蓄える構成として、前記起動補助装置の始動・停止を前記太陽電池の電圧を検知して行なう制御回路を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the wind power generator of the present invention described in
この手段により、風車を起動させるための電力を太陽電池で発電した自然エネルギーでまかなうことができることから、風の弱い日が継続しても安定して風車を起動させることが可能となる。さらに太陽電池の電圧を検知することで日照の有無を判断して起動補助を行なうため、夜間や雨天など日照の得られないときの電力使用を抑えることができ、蓄電池の保護につながる。 By this means, since the electric power for starting the windmill can be provided by the natural energy generated by the solar battery, it is possible to start the windmill stably even if the wind is weak. Furthermore, since the start-up assistance is performed by detecting the presence or absence of sunshine by detecting the voltage of the solar battery, it is possible to suppress the use of power when the sunshine is not available, such as at night or in the rainy weather, leading to protection of the storage battery.
本発明によれば、充電回路の構成を複雑に変更することなく、起動補助用の電動機の回転トルクが風車の回転軸に影響を及ぼすことなく、風車の起動を従来よりも低い風速で開始させるという効果のある起動補助装置を提供できる。 According to the present invention, the start-up of the windmill is started at a lower wind speed than in the prior art without complicatedly changing the configuration of the charging circuit, and without the rotational torque of the motor for starting assistance affecting the rotating shaft of the windmill. It is possible to provide an activation assisting device that is effective.
また、起動用風車の寸法を大きくすることなく、任意の風速で風車を起動できるという効果も得られる。 Moreover, the effect that a windmill can be started by arbitrary wind speeds without enlarging the dimension of the windmill for starting is also acquired.
本発明の請求項1記載の発明は、自然風を捉えて回転する風車と、その回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、発電された電気エネルギーを蓄える蓄電池を備えた風力発電装置において、風車の正回転方向に対して負荷として作用するトルクを伝達しない起動補助装置を備えたものであり、起動補助装置は風車の正回転方向に負荷として作用するトルクを伝達しないで、風車の起動補助を行なうことができ、風車が起動補助装置を負荷として作動させることによる風車の風力エネルギーロスを招かず、風力発電装置の発電効率は低下しないという作用を有する。
The invention according to
本発明の請求項2記載の発明は、請求項1の風力発電装置において、前記起動補助装置として、前記風車の回転軸と同軸に併設した起動用風車と、前記起動用風車に風を当てるため電動ファンの構成としたものであり、起動補助のため、電動ファンを始動した状態では、起動用風車が風を受け、風車の回転軸が正回転する方向に回転トルクを受け、風車が回転する。しかしながら、電動ファンと起動用風車は機械的に連結されていないため、電動ファンの始動、停止状態に関わらず、風車の正回転方向に負荷として作用するトルクは伝達されないため、風力発電装置の発電効率は低下しないという作用を有する。 According to a second aspect of the present invention, in the wind power generator according to the first aspect, as the start-up assisting device, a start-up wind turbine provided coaxially with a rotating shaft of the wind turbine, and a wind on the start-up wind turbine This is an electric fan configuration. For starting assistance, when the electric fan is started, the starting windmill receives wind, receives the rotational torque in the direction in which the rotating shaft of the windmill rotates forward, and the windmill rotates. . However, since the electric fan and the starting windmill are not mechanically connected, the torque acting as a load in the forward rotation direction of the windmill is not transmitted regardless of whether the electric fan is started or stopped. The effect is that the efficiency does not decrease.
本発明の請求項3記載の発明は、請求項2の風力発電装置において、前記起動用風車の外周側から風の方向を前記起動用風車のブレード受風面中心軸と一致するように前記電動ファンを配置したことを特徴とするものであり、電動ファンから出る風を起動用風車に効率よく当てることができるため、起動用風車の寸法を小型化し、電動ファンを動作させる電力を少なくすることができるという作用を有する。 According to a third aspect of the present invention, in the wind turbine generator according to the second aspect, the electric motor is configured such that a wind direction from an outer peripheral side of the starter wind turbine coincides with a blade wind receiving surface central axis of the starter windmill. It is characterized by the arrangement of a fan, and since the wind from the electric fan can be efficiently applied to the starter windmill, the size of the starter windmill can be reduced and the power required to operate the electric fan can be reduced. Has the effect of being able to
本発明の請求項4記載の発明は、請求項2の風力発電装置において、前記起動用風車として遠心羽根車を用いて、前記起動用風車の吸込側から風の方向を前記起動用風車の前記回転軸と一致するように前記電動ファンを配置したことを特徴とするものであり、電動ファンから出る風が起動用風車の遠心羽根車に配置されたすべてのブレードに均一かつ効率よく当てることができるため、風を受けて発生する起動用風車の回転トルクを増加できる。そのことから起動用風車の寸法を小型化すること、および電動ファンを動作させる電力を少なくすることができる。という作用を有する。 According to a fourth aspect of the present invention, in the wind turbine generator according to the second aspect, a centrifugal impeller is used as the starter windmill, and the direction of wind from the suction side of the starter windmill is changed to that of the starter windmill. The electric fan is arranged so as to coincide with the rotation axis, and the wind emitted from the electric fan is uniformly and efficiently applied to all the blades arranged in the centrifugal impeller of the starter windmill. Therefore, it is possible to increase the rotational torque of the starter wind turbine generated by receiving wind. Therefore, it is possible to reduce the size of the startup windmill and reduce the electric power for operating the electric fan. It has the action.
本発明の請求項5記載の発明は、請求項2〜4の風力発電装置において、前記電動ファンを、渦巻きケーシングを有する構成の遠心ファンとしたことを特徴とするものであり、起動用風車に風を当てるという電動ファンにとって静圧の高い領域の用途に応じた仕様とできるため、電動ファンを小型化でき、また動作させる電力を少なくすることができるという作用を有する。 According to a fifth aspect of the present invention, in the wind turbine generator according to the second to fourth aspects, the electric fan is a centrifugal fan having a spiral casing. Since the specification can be made in accordance with the application of the high static pressure region for the electric fan to which the wind is applied, the electric fan can be downsized and the electric power to be operated can be reduced.
本発明の請求項6記載の発明は、請求項1の風力発電装置において、前記起動補助装置として、前記風車の前記回転軸と同軸に併設した従動ローラーと、起動用電動機に駆動カムローラーを取り付けた構成としたことを特徴とするものであり、駆動カムローラーと従動ローラーは摩擦接触で連結されているが、カム形状を有しているため、駆動カムローラーの1回転のある位相の区間では連結されない状態が存在することになる。起動補助のために駆動カムローラーを回転させると、摩擦接触している状態では回転トルクが従動ローラーを介して風車の回転軸に伝達され風車が起動される。その後、風速が高まり風車が自立して回転する状態になったとき、起動用電動機を停止すると、起動補助時とは反対に風車の回転軸の回転トルクを受けて駆動カムローラーが一時的に従動側となって回転する。しかしながら、カム形状によって連結されない区間となると風車の回転軸は風によって回転を継続するが、駆動カムローラーには回転トルクが伝達されないため、連結していない状態のまま停止する。その結果、起動用電動機と風車の回転軸は機械的に連結されていない状態となり、風車の正回転方向に負荷として作用するトルクは伝達されないため、風力発電装置の発電効率は低下しないという作用を有する。 According to a sixth aspect of the present invention, in the wind turbine generator according to the first aspect, as the starting assisting device, a driven roller provided coaxially with the rotating shaft of the windmill, and a driving cam roller attached to the starting motor The drive cam roller and the driven roller are connected by frictional contact, but because of the cam shape, the drive cam roller has a phase of one rotation. There will be unconnected states. When the drive cam roller is rotated to assist the start-up, the rotational torque is transmitted to the rotating shaft of the windmill via the driven roller in the frictional contact state, and the windmill is started. After that, when the wind speed increases and the wind turbine rotates independently, when the starter motor is stopped, the drive cam roller is temporarily driven by receiving the rotational torque of the windmill's rotating shaft, contrary to the start assist. Rotate to the side. However, when the section is not connected due to the cam shape, the rotating shaft of the windmill continues to rotate due to the wind. However, the rotational torque is not transmitted to the drive cam roller, so that the wind turbine stops without being connected. As a result, the starting motor and the rotating shaft of the windmill are not mechanically connected, and torque acting as a load in the forward rotation direction of the windmill is not transmitted, so that the power generation efficiency of the wind turbine generator does not decrease. Have.
本発明の請求項7記載の発明は、請求項1の風力発電装置において、前記起動補助装置として、前記風車の前記回転軸と同軸に併設した前記従動ローラーと、前記起動用電動機にワンウェイクラッチを介して駆動ローラーを取り付けた構成としたことを特徴とするものであり、この手段により、駆動ローラーと従動ローラーは常時摩擦接触で連結されているが、ワンウェイクラッチを介しており、駆動ローラーが従動ローラーを駆動する方向にだけ駆動力を伝達し、逆方向には空転する機構を持っている。起動補助のために駆動カムローラーを回転させると、回転トルクが従動ローラーを介して風車の回転軸に伝達され風車が起動される。その後、風速が高まり風車が自立して回転する状態になったとき、起動補助電動機を停止すると、駆動ローラーは従動ローラーによって回転を継続するが、ワンウェイクラッチの機構の働きによって起動用電動機は停止したままとなる。その結果、起動用電動機と風車の回転軸は機械的に連結されていないことになり、風車の正回転方向に負荷として作用するトルクは伝達されないため、風力発電装置の発電効率は低下しないという作用を有する。 According to a seventh aspect of the present invention, in the wind turbine generator according to the first aspect, as the starting assist device, the driven roller provided coaxially with the rotating shaft of the windmill, and a one-way clutch for the starting motor. The driving roller and the driven roller are always connected by frictional contact by this means, but the driving roller is driven by the one-way clutch. It has a mechanism that transmits driving force only in the direction of driving the roller and idles in the reverse direction. When the drive cam roller is rotated to assist the activation, the rotational torque is transmitted to the rotating shaft of the windmill via the driven roller, and the windmill is activated. After that, when the wind speed increased and the wind turbine started to rotate independently, when the start-up auxiliary motor was stopped, the drive roller continued to rotate by the driven roller, but the start-up motor stopped by the function of the one-way clutch mechanism Will remain. As a result, the starter motor and the rotating shaft of the windmill are not mechanically connected, and torque acting as a load in the forward rotation direction of the windmill is not transmitted, so that the power generation efficiency of the wind turbine generator does not decrease. Have
本発明の請求項8記載の発明は、請求項2〜7の風力発電装置において、前記起動補助装置の始動・停止を、自然風の風速を検知して制御する検出装置を備えたことを特徴とするものであり、風車が自立して起動できない領域の低風速の範囲で設定した風速で起動補助装置を始動させ、自然風の風速が大きくなり、風車が自立して回転できる領域では起動補助装置を停止させることができるため、起動補助装置を動作させる電力量を少なくするという作用を有する。
The invention according to
本発明の請求項9記載の発明は、請求項8の風力発電装置において、前記起動補助装置を動作させる電源として、前記蓄電池を用いたことを特徴とするものであり、風車を起動させるための電力を外部に頼ることなく、風力発電装置で発電した自然エネルギーでまかなうことができるという作用を有する。
The invention according to
本発明の請求項10記載の発明は、請求項9の風力発電装置において、自然の日射を捉えて発電する太陽電池を備え、前記太陽電池が発電した電気エネルギーを前記蓄電池に蓄える構成として、前記起動補助装置の始動・停止を前記太陽電池の電圧を検知して行なう制御回路を備えたことを特徴とするものであり、風車を起動させるための電力を太陽電池で発電した自然エネルギーでまかなうことができることから、風の弱い日が継続しても安定して風車を起動させることが可能となる。さらに太陽電池の電圧を検知することで日照の有無を判断して起動補助を行なうため、夜間や雨天など日照の得られないときの電力使用を抑えることができ、蓄電池の保護につながるという作用を有する。
The invention according to claim 10 of the present invention is the wind turbine generator according to
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1の全体正面断面図、図2は起動用補助装置の構成部分の正面断面図、図3はシステム図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an overall front sectional view of
全体構成として図1に示すように、風車1と、起動補助装置2と、風車1の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機3と、発電機3により発生する電力を蓄電する充電回路4および蓄電池5と、蓄電池5に蓄電された電力を用いて点灯する照明装置6とを備えている。そして、風車1と起動補助装置2と発電機3と蓄電池5と照明装置6は、2本のポール7の間に挟み込まれるようにして地上からそれぞれ所定高さに保持されている。またポール7は、基礎台8によって地上に設置され、基礎台8はアンカーボルトなどの固定具によって設置されている。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、起動補助装置2は、風車1の回転軸9の上端に同軸に連結されている起動用風車10と、起動用風車10に風を当てるための電動ファン11と、起動用風車10の周囲を囲むケーシング12と、周囲の風速を検知して制御する検出装置13によって構成されており、ケーシング12には、空気吐出口14を備えている。電動ファン11は渦巻きケーシング15を有する遠心ファンであり、内蔵されている羽根車は多翼型であるが、多翼型に代えてターボ型としても、その作用や効果に差異はない。渦巻きケーシング15の吹出口16は起動用風車10のブレード17の受風面中心軸にその方向と位置を一致させて風を当てるように配置してケーシング12に固定されている。検出装置13は、風速を検知するセンサーとして白金電極を用いたエアフロセンサーを使用しており、エアフロセンサーから風速に応じて出力される信号に対応して、電動ファン11の始動・停止を制御することが可能な構成である。風速を検知するセンサーとしては、白金電極を用いたエアフロセンサーに代えて、パドル型風車とロータリーエンコーダを組み合わせたものを使用しても、その作用や効果に差異は生じない。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、発電機3の出力は充電回路4を経由して蓄電池5に接続されている。また、電動ファン11を動作させるための電源は蓄電池5から検出装置13を経由してとられている。風車1は自然の風速2.5m/sを受けると回転を開始するため、検出装置13によって周囲の風速が1.0m/sに達したときに電動ファン11が始動、3.0m/sに達したと検知したときに電動ファン11が停止するようにあらかじめ設定したものとする。
As shown in FIG. 3, the output of the
上記構成において、自然風が吹き、その風速が1.0m/sに達すると、電動ファン11が動作、吹出口16から風が出て、その風が起動用風車10のブレード17に当たり、起動用風車10は回転を開始する。そのため、回転軸9で同軸に連結されている風車1も回転する。その後、自然風の風速が高まり2.5m/sに達すると風車1が自立して回転することが可能となり、回転トルクを発生しはじめるため、起動用風車10が電動ファン11の風を受けるだけで回転している状態よりも回転数は上昇する。その後、さらに風速が高まり3.0m/sに達すると電動ファン11は停止する。既に風を捉えて自立して回転している風車1はその回転を継続する。この一連の動作において、電動ファン11と起動用風車10は機械的に連結されていないため、風車1の回転軸9に電動ファン11の回転トルクが負荷となって伝達されることはなく、風車1が電動ファン11を作動させることに風車1の風力エネルギーが使われず、風力エネルギー損失が起きず、発電効率が低下しない。また、風速がさらに上昇し風車1の回転数が著しく増加しても、電動ファン11の回転数はその影響を受けないため、逆起電力も発生しない。
In the above configuration, when the natural wind blows and the wind speed reaches 1.0 m / s, the
(実施の形態2)
図4は本発明の実施の形態2における起動用補助装置の構成部分の正面断面図である。なお、実施の形態1と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a front cross-sectional view of the components of the starting auxiliary device according to
図4に示すように、起動用風車10はターボ型羽根車であり、起動用風車10に風を当てるための電動ファン11は、ターボ型羽根車の吸込側に吹出口16を配置されており、その風の方向は風車1の回転軸9の方向に一致している。電動ファン11は遠心羽根車である多翼型羽根車26と渦巻きケーシング15を有する構成であるが、ターボ型羽根車と、ターボ型羽根車の外周側から回転軸方向に流れを導くケーシングとを有する構成に代えても、その作用や効果に差異はない。これにより、電動ファン11から出る風を起動用風車10のすべてのブレード29に均一かつ効率よく当てることができるため、起動用風車10の寸法を小型化し、さらには電動ファン11を動作させる電力も少なくすることができる。
As shown in FIG. 4, the
(実施の形態3)
図5は本発明の実施の形態3における起動用補助装置の構成部分の正面断面図である。図6は駆動カムローラーと従動ローラーの連結状態を示す平面図である。なお、実施の形態1と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a front cross-sectional view of the components of the starting auxiliary device according to
図5に示すように、風車1の回転軸9の上端に同軸に連結されている従動ローラー21と、起動用電動機22に駆動カムローラー23を取り付け、従動ローラー21と駆動カムローラー23は摩擦接触するように配置されている。
As shown in FIG. 5, a driven
駆動カムローラー23は回転軸と直交方向の断面がカム形状を有しているため、駆動カムローラー23の1回転のある位相の区間では従動ローラー21と摩擦接触しないため、起動用電動機22と風車1の回転軸9は連結されない状態が存在することになる。前記従動ローラー21、前記駆動カムローラー23の接触面はともにウレタンゴムで覆われており、ローラー同士を押し付ける力が少なくても摩擦接触が適正に作用しており、静止時からの起動においてもローラー同士が滑らない状態が維持されている。ローラー表面の材質であるが、ウレタンゴムに代えて、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴムを使用しても耐磨耗性に関してはウレタンゴムと同様の特性をもつため、その作用や効果に差異は生じない。
Since the
上記構成において、図6に示すように、起動補助のために起動用電動機22を始動し、駆動カムローラー23を回転させると、摩擦接触している状態のときに回転トルクが従動ローラー21を介して風車1の回転軸9に伝達され風車が起動される。その後、自然風の風速が高まり風車1が自立して回転する状態になったとき、起動電動機22を停止すると、起動補助時とは反対に風車1の回転軸9の回転トルクを受けて駆動カムローラー23が一時的に従動側と作用して回転する。しかしながら、カム形状によって連結されない状態となると風車1の回転軸9は風によって回転を継続するが、駆動カムローラー23には回転トルクが伝達されないため、連結していない状態のまま停止する。その結果、起動用電動機22と風車1の回転軸9は機械的に連結されていない状態となり、風車1の正回転方向に負荷として作用するトルクは伝達されないため、風力発電装置の発電効率は低下しない。
In the above configuration, as shown in FIG. 6, when the starting
(実施の形態4)
図7は本発明の実施の形態4における起動用補助装置の構成部分の正面断面図である。なお、実施の形態1と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。
(Embodiment 4)
FIG. 7 is a front cross-sectional view of the components of the starting auxiliary device according to
図6に示すように、風車1の回転軸9と同軸に併設した従動ローラー21と、起動用電動機22にワンウェイクラッチ24を介して駆動ローラー25を取り付けた構成であり、駆動ローラー25と従動ローラー21は常時摩擦接触で連結されている。しかしながら、ワンウェイクラッチ24を介している作用のため、駆動ローラー25が従動ローラー21を駆動する方向にだけ駆動力を伝達し、逆方向には空転する機構を持っている。ローラー接触面の材質は実施の形態3に示したものと同様である。また、起動用電動機22と風車1の回転軸9との間の動力伝達手段として、摩擦式ローラーを用いているが、これに代えて、ベルトプーリー、タイミングベルトプーリー、歯車、チェーンを使用しても、その作用や効果に差異は生じない。
As shown in FIG. 6, a driven
上記構成において、起動補助のために起動用電動機22を始動すると駆動ローラー25が回転し、回転トルクが従動ローラー21を介して風車1の回転軸9に伝達され風車1が起動される。その後、風速が高まり風車1が自立して回転する状態になったとき、起動用電動機22を停止すると、駆動ローラー25は従動ローラー21によって回転を継続するが、ワンウェイクラッチ24の機構の働きによって起動用電動機22は停止したままとなる。その結果、起動用電動機22と風車1の回転軸9は機械的に連結されていないことになり、風車1の正回転方向に負荷として作用するトルクは伝達されないため、風力発電装置の発電効率は低下しない。
In the above configuration, when the
(実施の形態5)
図8は本発明の実施の形態5におけるシステム図である。なお、実施の形態1と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。
(Embodiment 5)
FIG. 8 is a system diagram according to
図5に示すように、太陽電池31の出力は電圧を検知する制御回路32を経由して充電回路4に接続されている。電動ファン11を動作させるための電源は制御回路32から検出装置13を経由したのちに蓄電池5からとられている。また、制御回路32は任意の設定が可能であるが、太陽電池31が蓄電池5に充電可能となる電圧に昇圧したときに電動ファン11への電力供給を行なうように設定されているものとする。これにより、電動ファン11が動作できるのは日射が充分にある昼間で、かつ風速1.0m/s以上3.0m/sの場合に限られる。太陽電池31の発電により蓄電量を維持しながら、雨天な夜間などの電力使用を抑えるため、風の弱い日が継続しても安定して風車1を起動できるようになるだけでなく、蓄電池5の保護にもつながる。
As shown in FIG. 5, the output of the
本発明は、自然風を捉えて発電する風力発電装置において、風車の起動を従来よりも低い風速で開始させる起動補助装置に関するものとしたが、水流またはその他の流体により発電するものにも適用できる。また、回転エネルギーを電気エネルギーでなく、他のエネルギーに変換する場合にも適用できる。 The present invention relates to a start assist device that starts a windmill at a lower wind speed than a conventional wind power generator that generates power by capturing natural wind. However, the present invention can also be applied to a power generator that generates power using a water flow or other fluid. . Moreover, it is applicable also when converting rotational energy into other energy instead of electrical energy.
1 風車
2 起動補助装置
3 発電機
4 充電回路
5 蓄電池
6 照明装置
7 ポール
8 基礎台
9 回転軸
10 起動用風車
11 電動ファン
12 ケーシング
13 検出装置
14 空気吐出口
15 渦巻きケーシング
16 吹出口
17 ブレード
21 従動ローラー
22 起動用電動機
23 駆動カムローラー
24 ワンウェイクラッチ
25 駆動ローラー
31 太陽電池
32 制御回路
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